[发明专利]三维负泊松比结构、增材制造方法、3D打印机及应用

说明书

本发明属于超材料结构技术领域，公开了一种三维负泊松比结构、增材制造方法、3D打印机及应用，各向同性的三维负泊松比结构由多个基础单元体阵列而得。单元体设置有一镂空内凹体和六连接桥；镂空内凹体的八个顶点在三个方向上分别呈现出三角形承接台的形状，六个内凹面中部呈现出方形承接台形状；六个连接桥一端与内凹面中部的方形承接台相连，另一端向镂空内凹体外部伸出。本发明的具有各向高度同性的三维负泊松比结构在各向都高度对称，不会因为方向的不同而呈现出力学性能的差异，具有各向高度同性和良好的多工况抗侵彻性的特点，并且在各个方向上都能表现出负泊松比效应。

技术领域

本发明属于超材料结构技术领域，尤其涉及一种三维负泊松比结构、增材制造方法、3D打印机及应用。

背景技术

目前，随着载运工具运行速度的不断提高，人们对其行驶安全性提出了更高的要求。尤其在被动安全设计方面，作为载运工具的最后一道安全屏障，当载运工具一旦发生碰撞事故时，在保证乘员生命安全方面具有非常关键的作用。然而，碰撞工况十分复杂，如高速压缩、剪切以及侵彻等，特别在高速和重载的情况下，载运工具车身结构的耐撞性能是关乎其被动安全最重要的性能。此外，在考虑安全性设计的同时又不可忽略其本身的轻量化水平。因此，设计一种具有高度轻量化以及高耐撞性能的结构部件对载运工具的被动安全有着十分重要的意义。负泊松比结构作为一种新型的多胞点阵结构，能够在受到轴向压载荷时产生横向收缩的现象，这一压缩-收缩特点使得该类多胞结构除了具备传统多胞点阵结构的轻量化优点以外，还展现出高比刚度、高比强度、高抗侵彻性等优异特点，让该类结构在提高载运工具的耐撞性能方面拥有巨大的应用潜力。近些年来，随着增材制造加工工艺的飞速发展，更加使得制备此类复杂的结构成为可能。虽然不同形式的负泊松比结构层出不穷，但目前学者们提出的负泊松比多胞点阵结构大多数只能表现出两个方向即二维平面的负泊松比效应，难以适用于复杂多变的侵彻工况。

因此，设计一种三维各向同性的轻量化负泊松比结构，在提高载运工具车身结构的碰撞安全性能方面具有非常重要的应用价值和现实意义。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的负泊松比多胞点阵结构大多数只能表现出两个方向即二维平面的负泊松比效应，少部分的三维负泊松比结构即使能够表现出三维的负泊松比显现，但各向都难以达到最佳的抗侵彻性能，难以适用于复杂多变的侵彻工况。

解决以上问题及缺陷的难度为：

如何设计具有三维各项同性且各向能够达到最佳的抗侵彻性能的负泊松比结构，以及设计出结构后如何将其制备出实物以使之能够应用于工程实际。

解决以上问题及缺陷的意义为：

成功设计的三维负泊松比结构弥补现有负泊松比结构难以适应复杂侵彻工况的缺陷，通过增材制造将所设计的负泊松比结构制备出实物使其在工程应用成为可能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种三维负泊松比结构、增材制造方法、3D打印机及应用。

本发明是这样实现的，一种各向同性的三维负泊松比结构的增材制造方法，包括：

利用多个加强杆将多个内凹面中部的方形承接台连结；并将多个加强杆进行组划分，划分的不同组的加强杆两两垂直；

于增材制造的生成方向上添加多个细支撑。

利用十二个加强杆六个内凹面中部的方形承接台用十二个加强杆相连；将十二个加强杆划分为四根一组，三组加强杆两两垂直，每一组连接两个方形承接台；

于增材制造的生成方向上添加二十四个细支撑。

所述二十四个细支撑在阵列出的结构中连接上下单元体。

本发明另一目的在于提供一种各向同性的三维负泊松比结构，由多个基础单元体阵列而得；

所述单元体设置有镂空内凹体和六连接桥；